高溫高壓余熱發(fā)電技術(shù)在干法熄焦中研究與應(yīng)用

河鋼集團(tuán)宣鋼公司設(shè)備能源部 馬 薇

高溫高壓余熱發(fā)電技術(shù)在干法熄焦中研究與應(yīng)用

河鋼集團(tuán)宣鋼公司設(shè)備能源部 馬 薇

宣鋼焦化廠1#、2#焦?fàn)t，原熄焦方式為濕法熄焦，為適應(yīng)國家節(jié)能環(huán)保要求，消除濕法熄焦產(chǎn)生的環(huán)境污染、回收紅焦的濕熱，提高焦炭產(chǎn)量，宣鋼公司決定建設(shè)一套處理能力為125t/h的干熄焦裝置，與干熄焦改造時同期建設(shè)高溫高壓余熱鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)，利用產(chǎn)生蒸汽進(jìn)行發(fā)電。本文就高溫高壓余熱發(fā)電技術(shù)在干法熄焦中研究與應(yīng)用進(jìn)行簡要闡述。

高溫高壓；汽輪發(fā)電機(jī)；干法熄焦

干熄焦是采用惰性氣體將紅焦在無氧的環(huán)境下降溫冷卻的一種熄焦方法，在干熄焦過程中，紅焦從干熄爐的頂部裝入，低溫惰性氣體由循環(huán)風(fēng)機(jī)鼓入干熄爐冷卻段紅焦層內(nèi)，冷卻后的焦炭從干熄爐底部排除；吸收紅焦?jié)摕岷鬁囟壬叩亩栊匝h(huán)氣體從干熄爐環(huán)形煙道排出后，進(jìn)入干熄焦余熱鍋爐進(jìn)行換熱，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，從干熄焦余熱鍋爐冷卻后的低溫惰性氣體進(jìn)入循環(huán)風(fēng)機(jī)重新鼓入干熄爐循環(huán)使用。

為實現(xiàn)紅焦顯熱的高效利用，通過對高溫高壓汽輪發(fā)電機(jī)與中溫中壓汽輪發(fā)電機(jī)的設(shè)備參數(shù)、機(jī)組容量、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行比較，選用高效機(jī)組。

一、實施前的技術(shù)方案

宣鋼公司現(xiàn)有一組2×43孔6米頂裝焦?fàn)t（1#、2#焦?fàn)t），年產(chǎn)96.8萬噸焦炭，此次改造建設(shè)一套125t/h干熄焦裝置，原濕熄焦做為備用，為回收利用干熄焦?fàn)t余熱，與干熄焦裝置同步建設(shè)一套余熱發(fā)電裝置，包括余熱鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)組及相配套的循環(huán)水泵站、高低壓電氣系統(tǒng)和儀控系統(tǒng)等。

1.設(shè)備選型

由于干熄焦發(fā)電機(jī)組容量均較小，一般選用技術(shù)較為成熟的中溫中壓鍋爐和中溫中壓汽輪發(fā)電機(jī)組，且中溫中壓機(jī)組在我公司應(yīng)用廣泛，運(yùn)行經(jīng)驗豐富，但是，近年來小型高溫高壓鍋爐和高溫高壓汽輪發(fā)電機(jī)組的研究與應(yīng)用逐漸興起，技術(shù)日漸成熟，在機(jī)組選型上存在一定的分歧。因此，通過資料收集研究，對兩種類型機(jī)組的參數(shù)、發(fā)電量、投資與回收等進(jìn)行了對比分析。

表1 1 2 5 t/h干熄焦配套高溫高壓與中溫中壓機(jī)組比較

通過上表內(nèi)容比較，高溫高壓機(jī)組比中溫中壓機(jī)組發(fā)電量要高11.86%，回收期縮短0.3年，具有極高的性價比，能夠獲得更多的發(fā)電收益，因此，為充分將余熱回收利用，實現(xiàn)效益是最大化，提升裝備技術(shù)水平，本著科學(xué)、高效、優(yōu)化的原則，決定選用高溫高壓余熱鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)組。

鍋爐選用杭鍋生產(chǎn)的自然循環(huán)室外型高溫高壓余熱鍋爐，其額定工作壓力10.3/9.81MPa（調(diào)節(jié)閥前/后），蒸汽溫度540℃。余熱鍋爐的產(chǎn)蒸汽能力為61.8t/h（額定）、70t/h（最大）。

汽輪發(fā)電機(jī)組選用南京汽輪發(fā)電機(jī)有限公司的型號為N18-8.83的純凝式汽輪發(fā)電機(jī)，進(jìn)汽壓力8.83MPa，蒸汽溫度535℃，額定進(jìn)汽量61.4t/h，額定發(fā)電量17.43MW。

干熄焦鍋爐所產(chǎn)蒸汽全部送至汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。同時配套建設(shè)綜合電氣室、循環(huán)水泵站及冷卻塔等設(shè)施，以及對應(yīng)的供配電、電氣儀表、自動化控制、通訊、給排水、消防、照明及紅線范圍內(nèi)綜合管網(wǎng)等內(nèi)容。

本工程所需動力介質(zhì)如生產(chǎn)水、消防水、生活水、蒸汽、氮?dú)狻⒔範(fàn)t煤氣來自動力管網(wǎng)，除鹽水自新建除鹽水站，普通壓縮空氣、儀表壓縮空氣來自新建空壓站，電由上級變電站引至綜合電氣室。

本項目在工藝方案選擇上，吸取了國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，采用成熟、可靠、先進(jìn)的技術(shù)，使新建成的干熄焦裝置在節(jié)能、環(huán)保和自動化控制等方面達(dá)到國內(nèi)干熄焦裝置的先進(jìn)水平。高溫高壓鍋爐和高溫高壓汽輪發(fā)電機(jī)組廠家具備深厚的技術(shù)實力，在行業(yè)內(nèi)居領(lǐng)先水平。

2.工藝流程

裝滿紅焦的焦罐車由電機(jī)車牽引至焦罐提升井架底部，提升機(jī)將焦罐提升并送至干熄爐爐頂，通過帶布料器的裝入裝置將焦炭裝入干熄爐內(nèi)。在干熄爐中焦炭與惰性氣體氮?dú)庵苯舆M(jìn)行熱交換，焦炭被冷卻至200℃以下，經(jīng)排焦裝置卸到帶式輸送機(jī)上，然后送往焦處理系統(tǒng)。

在循環(huán)風(fēng)機(jī)的作用下，惰性循環(huán)氣體在干熄爐內(nèi)將1000℃左右的赤熱焦炭冷卻，吸收焦炭顯熱的氮?dú)獗患訜岬?00～980℃（計算溫度940℃），高溫?zé)煔饨?jīng)一次除塵器除塵后，進(jìn)入干熄焦余熱鍋爐，在干熄焦鍋爐內(nèi)與除鹽水進(jìn)行汽水換熱，溫度降至160～180℃（計算溫度165℃），煙氣再經(jīng)過二次除塵器、循環(huán)風(fēng)機(jī)和熱管換熱器后，溫度降至130℃，再進(jìn)入干熄爐冷卻赤熱焦炭。

干熄焦鍋爐內(nèi)除鹽水與高溫?zé)煔鈸Q熱產(chǎn)生的蒸汽，進(jìn)入汽輪機(jī)將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，通過高速旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。

二、運(yùn)行中的優(yōu)化與完善

2015年7月18日投產(chǎn)后，機(jī)組運(yùn)行相對穩(wěn)定，但由于干熄焦工藝特點(diǎn)所限，鍋爐蒸汽發(fā)電量變化較大，發(fā)電負(fù)荷調(diào)整頻繁，而汽輪機(jī)運(yùn)行中。凝汽器熱井液位需保持一定范圍內(nèi)，否則會影響機(jī)組真空，進(jìn)而導(dǎo)致效率降低甚至停機(jī)。

凝汽器內(nèi)凝結(jié)水通過凝結(jié)水泵送入干熄焦鍋爐除鹽水箱，依靠泵出口管道閥門開度控制熱井水位，閥門為手動閘閥，水位調(diào)節(jié)時，需崗位人員到現(xiàn)場進(jìn)行開關(guān)操作，工作量大，且調(diào)節(jié)不及時，造成水位不穩(wěn)定，還會影響發(fā)電量。

通過對工藝分析，制定方案，在凝結(jié)送出管道上安裝調(diào)節(jié)閥，并對系統(tǒng)控制程序進(jìn)行修改，實現(xiàn)熱井水位的自動調(diào)節(jié)控制。

三、實施后的顯著效果

項目實施后，采用干熄焦既可節(jié)省熄焦用水，又可避免了濕法熄焦污染物的產(chǎn)生。干法熄焦在密閉環(huán)境中進(jìn)行，氮?dú)庵袏A帶的粉塵除塵凈化，可有效解決熄焦污染，環(huán)境效益顯著，換熱產(chǎn)生的蒸汽用于發(fā)電，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

四、結(jié)束語

干熄焦裝置具有工藝技術(shù)先進(jìn)、投資小、環(huán)境和節(jié)能效益顯著的特點(diǎn)，在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中應(yīng)用，可改善冶金焦炭質(zhì)量、降低入爐焦比，提高煉鐵高爐生產(chǎn)能力，從而降低鋼鐵生產(chǎn)總的成本費(fèi)用；同時，能夠更好、更高效地利用余熱資源，增加回收率，實現(xiàn)節(jié)能減排增效目標(biāo)，具有極高的推廣意義。